(57)【要約】【課題】簡単な構成で、出力電力を確実に制御し、部品に対するストレスが小さく、安価で簡易な無電極放電灯点灯装置を提供する。【解決手段】無電極放電ランプ１の近傍に巻回される誘導コイル２に、共振回路３を介して電力変換回路４を接続し、電力変換回路４のスイッチング素子Ｑ２の駆動周波数を変化させる制御回路７と、前記スイッチング素子Ｑ２の主電極の電流値を検出する電流検出回路８と、共振回路３又は電力変換回路４又は誘導コイル２の電流又は電圧の位相を検出する位相検出回路９を設け、前記制御回路７は、所定の指示値と前記位相検出回路９の検出出力および前記電流検出回路８の検出出力に応じて、スイッチング素子Ｑ２の駆動周波数を制御するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無電極放電ランプの近傍に巻回される誘導コイルと、前記誘導コイルに接続されインダクタンス素子及びキャパシタンス素子を含む共振回路と、スイッチング素子を含み前記共振回路に接続される電力変換回路と、前記電力変換回路に電力を供給する電源回路と、前記スイッチング素子を駆動する駆動回路と、前記駆動回路による前記スイッチング素子の駆動周波数を変化させる制御回路と、前記スイッチング素子の主電極の電流値を検出する電流検出回路とからなる無電極放電灯点灯装置において、前記共振回路又は前記電力変換回路又は前記誘導コイルの電流又は電圧の位相を検出する位相検出回路を設け、前記制御回路は、所定の指示値と前記位相検出回路の検出出力および前記電流検出回路の検出出力に応じて、前記スイッチング素子の駆動周波数を制御することを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記位相検出回路は、前記スイッチング素子の駆動電圧又は前記スイッチング素子の主電極端子電圧を基準に位相を検出することを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記位相検出回路は、前記スイッチング素子の駆動電圧又は前記スイッチング素子の主電極端子電圧を基準電圧とし、この基準電圧の立ち上がり又は立ち下がり時における位相検出部位の電流又は電圧の瞬時値を用いて位相を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記位相検出回路は、前記スイッチング素子の駆動電圧又は前記スイッチング素子の主電極端子電圧を基準電圧とし、この基準電圧と位相検出部位の電流又は電圧との駆動周波数１周期分の瞬時値の積の和を用いて位相を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置を備える照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に放電ガスを封入した透光性材料よりなる無電極放電ランプに高周波電磁界を印加して発光させる無電極放電灯点灯装置及びこれを用いた照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１２は従来の一般的な放電灯点灯装置の回路図である。ここでは、放電灯Ｌａとして一対のフィラメント電極を備える熱陰極型の放電灯（例えば、蛍光ランプ）を用いている。直流電源回路には、高周波インバータ回路としてのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路が接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は駆動回路により高周波で交互にオン・オフされる。スイッチング素子Ｑ２の両端には直流カット用のコンデンサＣ１と共振用のインダクタＬ１を介して放電灯Ｌａと共振用のコンデンサＣ２の並列回路が接続されている。直流カット用のコンデンサＣ１の容量は共振用のコンデンサＣ２の容量よりも十分に大きく設定されている。
【０００３】
スイッチング素子Ｑ１がオン、スイッチング素子Ｑ２がオフのとき、直流電源回路からスイッチング素子Ｑ１、インダクタＬ１、コンデンサＣ１、放電灯Ｌａのフィラメント、コンデンサＣ２、放電灯Ｌａのフィラメントを介して電流が流れ、スイッチング素子Ｑ１がオフ、スイッチング素子Ｑ２がオンのとき、コンデンサＣ１からインダクタＬ１、スイッチング素子Ｑ２、放電灯Ｌａのフィラメント、コンデンサＣ２、放電灯Ｌａのフィラメントを介して電流が流れる。
【０００４】
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン・オフの周波数をインダクタＬ１とコンデンサＣ２の共振周波数の近傍に設定することにより、コンデンサＣ２の両端には高電圧が発生し、放電灯Ｌａが始動する。放電灯Ｌａが始動すると、放電灯Ｌａの負荷抵抗成分が共振用のコンデンサＣ２と並列に加わることで、共振周波数が変化するので、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン・オフの周波数を始動時の周波数から点灯時の周波数に変化させる。
【０００５】
この従来例は、ランプ点灯中の電力を略一定に保つための制御回路７を備えている。図１に示すように、スイッチング素子Ｑ２の主電極を流れる電流を電流検出回路８で検出し、その検出値が指示値発生回路１０の設定値と略等しくなるように、比較演算手段１７の出力により、駆動回路６の発振周波数を変化させ、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン・オフの周波数を変化させている。
【０００６】
共振回路の周波数特性を図１３に示す。横軸はスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン・オフの動作周波数であり、縦軸は共振用のコンデンサＣ１の電圧である。ランプ点灯前は無負荷特性の動作点ａで動作させ、放電灯Ｌａが点灯すると、放電灯Ｌａの抵抗成分が加わることにより、共振回路の共振周波数は大きく変化するので、負荷特性の動作点ｂで動作するようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の動作周波数を変化させる。動作点ｂにおいて、所望の負荷出力を得るための動作周波数は一義的に求めることが出来る。すなわち、図１のような回路において、スイッチング素子Ｑ２の主電極を流れる電流を検出すれば、その時の負荷に出力されている電力を推定することが出来、出力電力を制御することが可能となる。
【０００７】
図１２の従来例では、スイッチング素子Ｑ２の主電極を流れる電流値の正の区間の平均値を検出しているが、実効値やピーク値、負の区間の平均値、絶対値の平均値などを検出する場合もある。
【０００８】
なお、特許文献１，２には、インバータの出力電圧と出力電流の位相差を検出して、位相差に応じて発振周波数を制御する無電極放電灯点灯装置が提案されているが、特許文献１は始動性改善のための技術であり、点灯時の動作とは無関係である。また、特許文献２はスイッチング素子の主電極を流れる電流値の検出を利用するものではないので、構成が複雑化する欠点がある。
【特許文献１】特開平７−６５９７８号公報
【特許文献２】特開２００２−１８４５９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の制御回路を無電極放電灯点灯装置に応用した場合について考える。ここで、無電極放電灯点灯装置とは、図１４に示すように、内部に放電ガスを封入した無電極放電ランプ１の近傍に誘導コイル２を巻回し、この誘導コイル２に高周波電圧を印加して無電極放電ランプ１に高周波電磁界を印加することで、無電極放電ランプ１を発光せしめる点灯装置である。
【００１０】
図１４に示す無電極放電灯点灯装置においては、負荷電圧の周波数特性は図１５のようになる。無電極放電灯点灯装置は、無電極放電ランプ１の始動のために、共振点に近い周波数を動作点とする必要がある。また、無電極放電ランプ１の始動後も誘導コイル２のインダクタンス成分が大きく残り、負荷の共振周波数は大きく変化しない。また、無電極放電灯点灯装置においては、誘導コイル２に直列および並列に接続された容量性成分が必要となり、共振点は２点以上存在する。このようなことから、スイッチング素子Ｑ２の主電極を流れる電流値の正の区間の平均値、実効値やピーク値、負の区間の平均値、絶対値の平均値などを検出した場合、同一の検出値を出力した場合でも、負荷の位相の状態が異なる場合がある。
【００１１】
この例として、スイッチング素子Ｑ２の主電極を流れる電流値の正の区間の平均値が同一な２つの状態を図１６に示す。このような場合、電流の検出値は同一であっても、負荷の位相が異なるので、出力電力は異なる値となる幾つかの場合が存在する。
【００１２】
このように、上述の従来例のような電流検出手段では、出力電力を制御することが出来ない。したがって、無電極放電ランプ点灯中の光出力を均一にすることが不可能となるほか、過大な電力が出力された場合に与えられるストレスに耐えるような大型で高価な部品を使用する必要がある。
【００１３】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成で、出力電力を確実に制御し、部品に対するストレスが小さく、安価で簡易な無電極放電灯点灯装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、上記の課題を解決するために、図１に示すように、無電極放電ランプ１の近傍に巻回される誘導コイル２と、前記誘導コイル２に接続されインダクタンス素子Ｌ１及びキャパシタンス素子Ｃ１を含む共振回路３と、スイッチング素子Ｑ２を含み前記共振回路３に接続される電力変換回路４と、前記電力変換回路４に電力を供給する電源回路５と、前記スイッチング素子Ｑ２を駆動する駆動回路６と、前記駆動回路６による前記スイッチング素子Ｑ２の駆動周波数を変化させる制御回路７と、前記スイッチング素子Ｑ２の主電極の電流値を検出する電流検出回路８とからなる無電極放電灯点灯装置において、前記共振回路３又は前記電力変換回路４又は前記誘導コイル２の電流又は電圧の位相を検出する位相検出回路９を設け、前記制御回路７は、所定の指示値と前記位相検出回路９の検出出力および前記電流検出回路８の検出出力に応じて、前記スイッチング素子Ｑ２の駆動周波数を制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、位相検出回路により負荷の状態を正確に把握し、出力電力を確実に制御することができるので、部品に対するストレスが小さく、安価で簡易な無電極放電灯点灯装置を得ることができる。
請求項２の発明によれば、スイッチング素子の駆動電圧又は主電極端子電圧を基準電圧とすることで、比較的簡単な構成で位相検出が可能となる。特に、スイッチング素子の駆動電圧を基準電圧として用いた場合には、位相検出回路に耐圧の低い部品を用いることができるので、コストダウンが可能となる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、スイッチング素子の駆動電圧又は主電極端子電圧を基準電圧とし、この基準電圧の立ち上がり又は立ち下がり時における位相検出部位の電流又は電圧の瞬時値を用いて位相を検出する構成となっており、瞬時値を用いて判断を行うので、位相検出に時間的遅れが生じず、すばやく反応することで、電力を安定化させることが可能となる。また、位相検出回路をデジタル系で構成した場合に、複雑な構成とならず、安価で信頼性の高い無電極放電灯点灯装置を得ることが出来る。
請求項４の発明によれば、スイッチング素子の駆動電圧又は主電極端子電圧を基準電圧とし、この基準電圧と位相検出部位の電流又は電圧との駆動周波数１周期分の瞬時値の積の和を用いて位相を検出するようにしたので、位相検出部位の電流又は電圧に歪み波が加わったり、ノイズなどの外乱成分が加わっても安定した電力を供給することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１に本発明の無電極放電灯点灯装置の実施の形態を示す。この点灯装置は、内部に放電ガスを封入した透光性材料よりなる無電極放電ランプ１と、無電極放電ランプ１の近傍に巻回される誘導コイル２と、前記誘導コイル２に接続されインダクタンス素子Ｌ１及びキャパシタンス素子Ｃ１を含む共振回路３と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を含み前記共振回路３に接続される電力変換回路４と、前記電力変換回路４に電力を供給する電源回路５と、前記スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を駆動する駆動回路６と、前記駆動回路６による前記スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の駆動周波数を変化させる制御回路７と、前記スイッチング素子Ｑ２の主電極の電流値を検出する電流検出回路８とからなる無電極放電灯点灯装置において、前記共振回路３又は前記電力変換回路４又は前記誘導コイル２の電流又は電圧の位相を検出する位相検出回路９を設け、前記制御回路７に設けた指示値発生回路１０の指示値と前記位相検出回路９の検出出力および前記電流検出回路８の検出出力に応じて、前記スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の駆動周波数を制御することを特徴とする。
【００１８】
ここで、位相検出回路９は、振動波形のピーク点の位相を検出するものでも良いし、ゼロクロス点の位相を検出するものでも良いし、波形全体の位相を検出するものでも良い。要するに、位相の違いによる負荷状態の違いが分かるものであれば良い。
【００１９】
位相検出部位の電流の位相を検出するには、例えば、検出対象となるインダクタンス素子又はキャパシタンス素子にカレントトランスを直列に挿入して電流の位相を検出する。あるいは微小な抵抗を直列に接続し、抵抗の両端電圧をオペアンプにより増幅することにより、電流を検出する。また、位相検出部位の電圧の位相を検出するには、例えば、検出対象となるインダクタンス素子又はキャパシタンス素子に高インピーダンスの抵抗分圧回路を並列接続して、電圧の位相を検出する。あるいはインダクタンス素子に２次巻線を設けて、２次巻線出力により電圧の位相を検出する。
【００２０】
このように、位相検出回路９の検出出力に応じて、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の駆動周波数を制御することにより、負荷の状態を正確に把握し、出力電力を確実に制御することができるので、部品に対するストレスが小さく、安価で簡易な無電極放電灯点灯装置を得ることができる。
【００２１】
なお、電力変換回路４の構成については、交互にオン・オフされる２個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を直列接続したハーフブリッジ回路に限らず、１個のスイッチング素子とＬＣ振動回路を組み合わせた一石式の電力変換回路を用いても良いし、４個のスイッチング素子によりフルブリッジ回路を構成し、対角方向のスイッチング素子を交互にオン・オフさせることで直流電源電圧を高周波交流電圧に変換するような構成を用いても構わない。
【００２２】
また、電源回路５として、図１の回路では商用交流電源Ｖｓを整流ブリッジＤＢにより全波整流して、インダクタＬ３とスイッチング素子Ｑ３とダイオードＤ３よりなる昇圧チョッパ回路５１を介して平滑コンデンサＣ３に直流電圧を得る構成を例示したが、これに限定されるものではない。図中、５２はスイッチング素子Ｑ３を高周波でオン・オフさせる制御回路である。
【００２３】
無電極放電ランプの断面構造を図１７に例示する。この無電極放電ランプ１は、少なくとも水銀及び希ガスを含む放電ガスが内部に封入された透光性の材料よりなる略球形状のバルブ２０の中央部に、下方に開口する断面凹形状の空洞部２１を有している。この空洞部２１には、放電ガスに高周波電磁界を供給する誘導コイル２が収納されている。また、誘導コイル２が巻回される磁性材料で円筒状のコア２２と、コア２２の内側に配置されてコア２２と接触する熱伝導性材料よりなる放熱部材２３を備えている。バルブ２０の内側には蛍光体２４が塗布されている。蛍光体２４は気化した水銀の放電により発生した紫外線を可視光に変換するものである。
【００２４】
図１の無電極放電灯点灯装置は、例えば、図１８に示すような照明装置として利用することができる。無電極放電ランプ１は一般的に数十ＭＨｚの高周波で駆動されるので、ランプからの輻射ノイズを吸収するために金属メッシュ等のシールドカバー２５で覆われている。２６は誘導コイル２を支える基台であり、２７は点灯回路である。
【００２５】
以下、本発明の種々の実施例について説明するが、各実施例における基本的な構成については図１において説明したものと同様であるから、基本的機能が実質的に同様の部位については同一の符号を付し、共通する部分については重複する説明を省略する。
【実施例１】
【００２６】
図２に本発明の実施例１の構成を示す。本実施例では、位相検出回路９は、遅れ・進みのいずれかを検出する構成としている。このように、位相検出回路９は進み・遅れのいずれかを検出する構成としたので、位相検出回路９が簡易になる効果がある。また、位相検出回路９の検出結果に基づく駆動周波数の変化も２値切り替え方式でよいので、例えば、制御回路７内にスイッチ素子Ｓを設け、検出位相の遅れ・進みの判定結果に応じてスイッチ素子ＳのＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより、駆動回路６の駆動周波数を切り替えてやればよい。
【００２７】
ここで、図２の駆動回路６は、例えばコンデンサの充放電回路と電圧比較器を用いた発振回路を有しているものとする。つまり、所定の充電時定数でコンデンサを充電し、コンデンサの電圧が第１の基準電圧に達すると電圧比較器の出力が反転する。その後、所定の放電時定数でコンデンサを放電し、コンデンサの電圧が第１の基準電圧よりも低い第２の基準電圧に達すると電圧比較器の出力が再び反転する。その後、所定の時定数でコンデンサが充電される動作を繰り返す。これにより、電圧比較器の出力には矩形波電圧が得られるから、この矩形波電圧により、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を交互にオン・オフさせているものとする。
【００２８】
制御回路７では、電流検出回路８の出力値と指示値発生回路１０の指示値が一致するように駆動回路６のコンデンサの充放電の時定数あるいは第１又は第２の基準電圧を変化させることによりスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のＯＮ・ＯＦＦの周波数を変化させているが、さらに、位相検出回路９の検出結果に基づいて、スイッチ素子ＳのＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより、駆動回路６のコンデンサの充放電の時定数あるいは第１又は第２の基準電圧を切り替えれば、駆動回路６の発振周波数を位相の進み・遅れに応じて２段階に切り替えることができる。
【００２９】
図１５に示すように、無電極放電灯点灯装置における共振回路を含む負荷部の周波数特性は、幾つかのピークを有するが、このピークは、無電極放電灯点灯装置内の共振回路が複数の共振点を有することにより生じている。そして、各共振点において、その共振に寄与する共振回路の電圧又は電流は、共振点を境として位相の遅れ・進みが反転する。したがって、動作点に設定したい動作周波数において、その共振に寄与する共振回路の電圧又は電流の遅れ・進みを見分ければ、負荷特性全体の位相および位相角度を厳密に測定しなくても、望む動作点で動作しているかが判断可能となる。これにより、位相検出回路および駆動周波数の変化手段を簡易化することができ、より小型で安価な無電極放電灯点灯装置を得ることができる。
【実施例２】
【００３０】
図３に本発明の実施例２の構成を示す。本実施例では、位相検出回路９は、スイッチング素子Ｑ２の駆動電圧Ｖｇｓを基準に位相を検出する。図３の回路では、スイッチング素子Ｑ２はＭＯＳＦＥＴであり、そのオン・オフのタイミングに合わせてゲート・ソース間の駆動電圧ＶｇｓはＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルとに切り替わる。そこで、共振回路３または誘導コイル２の電圧又は電流の位相をスイッチング素子Ｑ２の駆動電圧Ｖｇｓを基準に測定する。例えば、共振回路３のインダクタＬ１の電圧又は電流、コンデンサＣ１の電圧又は電流、コンデンサＣ２の電圧又は電流、誘導コイル２の電圧又は電流の位相を、スイッチング素子Ｑ２の駆動電圧Ｖｇｓを基準に測定する。
【００３１】
本実施例では、このように、位相検出回路９は、スイッチング素子Ｑ２の駆動電圧Ｖｇｓを基準に共振回路３または誘導コイル２の電圧又は電流の位相を検出する構成となっているので、比較的低い電圧を用いることができ、分圧や耐電圧に対する配慮を減らすことが可能となり、より設計の容易な無電極放電灯点灯装置を得ることが出来る。
【００３２】
なお、スイッチング素子Ｑ２の駆動電圧Ｖｇｓを基準にする代わりに、スイッチング素子Ｑ２の主電極端子電圧Ｖｄｓを基準に位相を検出するようにしても構わない。この場合、スイッチング素子Ｑ２のドレイン・ソース間に分圧抵抗を並列接続し、その分圧点の電圧を基準に共振回路３または誘導コイル２の電圧又は電流の位相を検出する構成とすれば良い。この場合、最大値の把握できる電圧を基準に用いることができるので、スイッチング素子Ｑ２の主電極端子電圧Ｖｄｓのピーク値の位相に対して共振回路３または誘導コイル２の電圧又は電流の位相を検出することができる。
【実施例３】
【００３３】
図４に本発明の実施例３の構成を示す。本実施例では、位相検出回路９は、スイッチング素子Ｑ２の駆動電圧Ｖｇｓの立下り時における電力変換回路４の出力電流の瞬時値を用いて位相を測定している。立下り検出回路１１が動作したときに、出力電流の瞬時値を取り込み、その値の正負符号で位相を判定している。瞬時値を用いて判断を行うので、位相検出回路９に時間的遅れが生じず、すばやく反応し、電力を安定化させることが可能となる。また、位相検出回路９をデジタル系で構成した場合に、複雑な構成とならず、安価で信頼性の高い無電極放電灯点灯装置を得ることが出来る。
【実施例４】
【００３４】
図５に本発明の実施例４の構成を示す。本実施例では、位相検出回路９は、スイッチング素子Ｑ２の駆動電圧Ｖｇｓ又は主電極端子電圧Ｖｄｓを基準電圧とし、この基準電圧と位相検出部位の電流又は電圧との駆動周波数１周期分の瞬時値の積の和を用いて位相を検出することを特徴とする。このような検出を行うことで、位相検出部位の電流又は電圧に歪み波が加わったり、ノイズなどの外乱成分が加わった場合でも、位相検出結果に影響することはないので、安定した電力を供給することが可能となる。
【００３５】
図５に例示した構成によれば、位相検出回路９は、乗算器９１と積分器９２と位相弁別器９３を備える。乗算器９１は基準電圧と位相検出部位の電流又は電圧の瞬時値との積を求める。積分器９２は、乗算器９１の出力値を駆動周波数１周期分について積分する。位相弁別器９３は、積分器９２の出力を所定レベルと比較して、２値信号を出力する。
【００３６】
位相検出回路９の基準電圧として、スイッチング素子Ｑ２の駆動電圧Ｖｇｓを用いる場合には、乗算器９１としてアナログスイッチ回路を用いても良い。また、積分器９２としては、ＣＲ積分回路のようなローパスフィルタ回路を用いても良い。また、位相弁別器９３としては、基準電圧とコンパレータを用いても良い。
【００３７】
なお、図５の位相検出回路９において、位相弁別器９３を省略し、乗算器９１と積分器９２よりなる積和演算回路のみで位相検出回路を構成し、位相差に応じたアナログ信号を出力するようにしても良い。
【００３８】
ここで、位相検出部位の電流又は電圧としては、例えば、共振回路３のインダクタＬ１の電圧又は電流、コンデンサＣ１の電圧又は電流、コンデンサＣ２の電圧又は電流、誘導コイル２の電圧又は電流、あるいはスイッチング素子Ｑ２の主電極の電流の瞬時値などが用いられる。
【００３９】
位相検出回路９の基準電圧としてスイッチング素子Ｑ２の駆動電圧Ｖｇｓを用いる場合には、乗算器９１は、駆動電圧ＶｇｓがＨｉｇｈレベルのときに“１”、Ｌｏｗレベルのときに“０”を乗算することになるので、結局、駆動電圧ＶｇｓがＨｉｇｈレベルのときの位相検出部位の電流又は電圧を積分器９２で平均化した値を位相弁別器９３で所定レベルと比較して、２値信号を出力することになる。
【００４０】
なお、乗算器９１は駆動電圧ＶｇｓがＨｉｇｈレベルのときに“０”、Ｌｏｗレベルのときに“１”を乗算するようにしても良い。この場合、駆動電圧ＶｇｓがＬｏｗレベルのときの位相検出部位の電流又は電圧を積分器９２で平均化した値を位相弁別器９３で所定レベルと比較して、２値信号を出力することになる。
【００４１】
最も簡単な構成例として、スイッチング素子Ｑ２の主電極の駆動電圧Ｖｇｓと、電力変換回路４の出力電流の瞬時値との駆動周波数１周期分の瞬時値の積の和を用いて位相を検出する構成とすれば、駆動電圧ＶｇｓがＨｉｇｈレベル又はＬｏｗレベルのときの電流検出抵抗Ｒ１の検出電圧をＣＲ積分回路により平均化した電圧を所定の基準電圧と比較することで、位相の遅れ・進みを判定できる。
【実施例５】
【００４２】
図６に本発明の実施例５の構成を示す。本実施例では、位相検出回路９は、誘導コイル電流の位相を検出する構成となっている。このように、位相検出回路９が、誘導コイル電流の位相を検出する構成とすることで、この誘導コイル２を含む共振系の共振を正確に判断することが可能となり、より正確に、電力制御をすることが可能な無電極放電灯点灯装置を得ることが出来る。
【実施例６】
【００４３】
図７に本発明の実施例６の構成を示す。本実施例では、キャパシタンス素子は誘導コイル２に直列に接続されて直列共振回路を形成するとともに、制御回路７は、前記直列共振回路の電流の位相が遅れ位相となるようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の駆動周波数を制御する構成となっている。
【００４４】
無電極放電灯点灯装置の誘導コイル２は、ランプ始動前はほとんど抵抗成分が無く、ランプ点灯後に並列に抵抗が接続された等価回路で近似することが出来る。
【００４５】
本実施例では、キャパシタンス素子は誘導コイル２に直列に接続され直列共振回路を形成するため、ランプの点灯直後から直列共振回路の位相は遅れとなっている。ランプ安定時の動作点を遅れ位相とし、前記制御回路７は、前記直列共振回路の電流の位相が遅れ位相となるようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の駆動周波数を制御する構成とすることで、ランプ点灯前・点灯直後・安定点灯時の全ての状態で遅れ位相で動作させることが可能となる。
これにより、制御系の構成が簡易になり、小型で信頼性の高い無電極放電灯点灯装置を得ることが出来る。
【実施例７】
【００４６】
図８に本発明の実施例７の構成を示す。本実施例では、キャパシタンス素子は誘導コイル２に並列に接続され並列共振回路を形成するとともに、制御回路７は、前記並列共振回路の電流の位相が進み位相となるようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の駆動周波数を制御する構成となっている。この場合、並列共振回路の電流の位相を検出すれば良いので、誘導コイル２の直接の電流を検出するより少ない電流の位相を検出すれば良い。このため、検出手段が小型になり、小型な無電極放電灯点灯装置を得ることが出来る。
【実施例８】
【００４７】
図９に本発明の実施例８の構成を示す。本実施例では、制御回路７は、位相検出回路９の検出値が設定した位相値と異なった場合に、駆動周波数を一時的に、設定した位相値となる方向に、設定した位相値より大きな変化をもたらすように周波数を変化させる手段１２を設けた構成となっている。
【００４８】
具体的には、制御回路７内にスイッチ素子Ｓを設け、前記位相検出回路９の指示値が設定した位相値と異なった場合に、一時的にスイッチ素子Ｓを短絡し、駆動回路６の発振周波数を決定するコンデンサの充放電回路を流れる電流を一時的に変化させ、駆動周波数を変化させている。一時的な周波数の変化により真の位相状態に移ると、その位相状態の中でスイッチング素子Ｑ２の主電極の電流値を検出する電流検出回路８により安定状態となり、求める出力電力を得ることが出来る。
【００４９】
その原理を図１５により説明する。例えば、動作点ｂで発振すべきところを動作点ｂ”で動作していたとする。この場合、位相検出回路９の検出値は設定した位相値とは異なり、その周波数近傍でスイッチング素子Ｑ２の主電極の電流値を指示値に合わせる制御を行なっても、求める出力電力とはならない。このように、位相値が異なる場合には、一度その位相状態から抜け出さなければ、求める出力電力の状態を得ることは出来ない。そこで、この場合、動作点ｂとｂ”の間で動作点ｂに近い方向に周波数を振るのではなく、さらに大きく周波数を変化させて、動作点ｂよりも高い周波数にまで振ってしまう。この状態から、電流検出抵抗Ｒ１によるフィードバック制御を掛けると、動作点ｂで落ち着くことになる。
【００５０】
このように、本実施例では、偽の位相状態に陥った場合でも、簡易な構成ですばやく真の位相状態に戻すことが出来、ストレスの少ない、小型で安価な無電極放電灯点灯装置を得ることが出来る。
【実施例９】
【００５１】
図１０に本発明の実施例９の構成を示す。本実施例では、上述の実施例８において、前記周波数変化手段は、無電極放電ランプ１の始動後、無電極放電灯点灯装置が温度的に略安定動作状態になった後に、一定間隔で動作することを特徴とする。温度的に略安定動作状態となることの検出には、ランプ始動後の時間を測定する計時回路１３を用いている。これにより、前記周波数変化手段は、無電極放電ランプの始動後、無電極放電灯点灯装置が温度的に略安定動作状態になった後に、一定間隔で動作する構成となっている。これにより、設計した光出力が求められる安定点灯時に、正確に出力電力を合わすことが可能となる。
【００５２】
また、一定間隔で動作することにより、万一、何らかの原因により、偽の位相状態に陥った場合でも、その状態から抜け出すことが出来、出力電力を安定して出力する無電極放電灯点灯装置を得ることが出来る。
【００５３】
図１１は本実施例をデジタル系で構成した場合の動作説明のためのフローチャートである。ここでは、制御回路７をマイコンで構成し、タイマー割込を用いて一定間隔で位相検出を行うようにしている。その前提として、例えば１ｍｓごとに電流検出回路８の検出値をマイコンの入力ポートから取り込んで、駆動回路６の発振周波数ｆをフィードバック制御する。電流の検出値が過大であれば発振周波数ｆを微小量δｆ減少させ、過小であれば発振周波数ｆを微小量δｆ増加させ、適正であれば、その発振周波数ｆを維持する。この電流フィードバック制御のためのタイマー割込の回数をカウントすることで、一定間隔ごとに位相検出回路９により位相を検出し、検出位相が設定値から外れていれば、駆動回路６の発振周波数ｆを通常の変化幅δｆよりも十分に大きい変化量ΔＦ（≫δｆ）だけ高周波側に変化させる。これにより、万一、何らかの原因により、偽の位相状態に陥った場合でも、その状態から抜け出すことが出来、その後、通常の電流フィードバック制御を行うことで、適正な出力を安定して維持することができる。
【００５４】
なお、図２〜図１０の直流電源Ｅは、図１に示すように、商用交流電源Ｖｓから整流ブリッジＤＢと昇圧チョッパ回路５１を介して平滑コンデンサＣ０に直流電圧を得る構成に限らず、単純なコンデンサ入力型の整流平滑回路を用いても良いし、その他のチョッパ回路またはコンバータ回路を用いても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、高効率でランプ交換頻度の少ない長寿命の照明装置として、例えば、屋外や高所の照明装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の基本構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施例１の回路図である。
【図３】本発明の実施例２の回路図である。
【図４】本発明の実施例３の回路図である。
【図５】本発明の実施例４の回路図である。
【図６】本発明の実施例５の回路図である。
【図７】本発明の実施例６の回路図である。
【図８】本発明の実施例７の回路図である。
【図９】本発明の実施例８の回路図である。
【図１０】本発明の実施例９の回路図である。
【図１１】本発明の実施例９の動作を示すフローチャートである。
【図１２】従来の放電灯点灯装置の回路図である。
【図１３】従来の放電灯点灯装置の負荷特性を示す説明図である。
【図１４】従来の無電極放電灯点灯装置の回路図である。
【図１５】従来の無電極放電灯点灯装置の負荷特性を示す説明図である。
【図１６】従来の無電極放電灯点灯装置の課題を説明するための波形図である。
【図１７】本発明の無放電放電灯点灯装置に用いる無電極放電ランプの構造を例示する断面図である。
【図１８】本発明の無電極放電灯点灯装置を用いた照明装置の構造を例示する断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  無電極放電ランプ
２  誘導コイル
３  共振回路
４  電力変換回路
５  電源回路
６  駆動回路
７  制御回路
８  電流検出回路
９  位相検出回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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